AppleがMacをIntelプロセッサから移行するというビッグニュースで、この移行を「ARM」への移行と言わなかったことに、一部の観測者は驚きました。AppleのCEO、ティム・クックは、これをApple Siliconへの移行と紹介しました。その理由は次のとおりです。
Apple SiliconはARMよりはるかに優れている
Appleが最新のLiDAR搭載iPad Proに搭載しているA12Zチップと、Mac mini開発者移行キットに搭載されている第1世代Apple Siliconチップには、ARM CPUコアが組み込まれています。しかし、このARMアーキテクチャCPUは、AppleがMacでIntelチップから移行する最大の理由ではありません。
Appleは、自社のカスタムシリコンを「SoC」(System on a Chip)と呼ぶことで、この点を示唆しました。過去10年間で、Appleは、一般的なPCに必要なロジックボード全体を1つのチップに統合したSoCシリーズを開発してきました。これらのSoCは大量生産が可能で、iPhone、iPad、Apple TV、さらにはHomePodなど、複数のデバイスで使用できます。
この統合の主な利点は消費電力でした。ARMは、ワットあたりの演算性能において最高水準を誇るライセンス供与されたCPUリファレンスデザインコアを提供し、AppleはARMをSoC設計の中核に据えました。ARMコアは、加速度計、ジャイロスコープ、気圧計からのデータを監視して、デバイスの時間経過に伴う動きを効率的に追跡するAppleのMシリーズコンポーネントの基盤にもなっています。
Apple Siliconの消費電力とチップ性能
モバイル ネットワークへの接続を処理するために Qualcomm が供給するベースバンド モデムにも ARM プロセッサ コアが組み込まれていますが、これらのチップの価値の大部分は、単にその中心として機能する標準ベースの CPU コアではなく、コンポーネントと独自のソフトウェアの総合パッケージから生まれます。
ある意味、AppleがSoCにARMコアを採用していることは、OS自体にUnixを採用していることと似ています。どちらも実質的には、低レベルの技術レイヤーの動作を標準化する仕様です。Macが単なるUnixシステムではないのと同様に、AppleのSoCも単なるARMプロセッサではありません。
Qualcomm のモデムと同様に、Apple が A シリーズ SoC に加えるカスタマイズ、最適化、および独自の追加レイヤーにより、基本コンポーネントよりもはるかに価値の高いパッケージが実現します。
この現実は、Apple のカスタム シリコンが単なる「ARM チップ」をはるかに超えるものであることに反映されており、Apple の SoC が Qualcomm、Nvidia、Samsung などが開発した他の ARM ベースの SoC よりも性能がどんどん優れている理由を説明するのに役立ちます。
Apple SiliconはMacにARM以上のものをもたらす
Appleは、将来のMacを強化するカスタムシリコンSoCの一連の機能を強調しました。ARM CPUコアへの移行自体は、その一つにもなっていません。Appleが自社製シリコンへの移行で強調した利点のほとんどは、SoC独自のカスタム開発機能に関するものでした。
これらには、高効率オーディオ処理、低電力ビデオ再生、高度な電源管理、高性能ストレージ コントローラ、機械学習アクセラレータ、Secure Enclave、パフォーマンス コントローラ、高品質カメラ プロセッサ、暗号化アクセラレーション、Neural Engine、Apple GPU、統合メモリ アーキテクチャが含まれます。
Appleは、Neural Engineを用いたFinal Cut Proのタスク高速化といった例を挙げ、自社製のApple Siliconを使用するメリットを特に強調しました。先日、Alogoriddimの新しいAI「djay Pro AI」について紹介しましたが、これも同様にNeural Engineを活用し、全く新しい高度なオーディオ処理を実現しています。今後、開発者はAppleのカスタム推論エンジンを、ARMの機能だけにとどまらない機械学習や人工知能のタスク処理に、より高度に活用していくでしょう。
さらに、最近のMacで最もよく聞かれる問題の一つは、低品質のウェブカメラによる画質の悪さです。最新のiOSデバイスは、Appleの高度な画像信号プロセッサ(ISP)を活用し、主にカスタムISPシリコンによって駆動されるコンピュテーショナルフォトグラフィにおいて驚異的な性能を発揮しています。Appleは同じSoCを使用することで、Macにもこれらの画像処理の改善をもたらすことができます。
Apple GPU独自のTBDR設計により、iOSゲームが驚異的なパフォーマンスを発揮できるよう最適化された低メモリグラフィックアーキテクチャがMacに初めて導入されました。これは、セガのドリームキャストや、ソニーの携帯型ゲーム機PS Vitaに採用されたGPUアプローチと同じです。
「モバイルGPU」が既存のMac GPUと競合できる性能を持つかどうか疑問視する声もありますが、Appleのワイドグラフィックアーキテクチャは、高解像度Retinaディスプレイ搭載iPadを既に10年近く駆動させてきました。Metal向けに最適化された様々なApple Arcadeタイトルは、iOSデバイス上で既に素晴らしいパフォーマンスを発揮し、ハイエンドのIntel Macではファンを唸らせながら、その性能に追いつくのに苦労しています。これは、タイトルがiOS向けに最適化されていることが一因かもしれませんが、新しいApple Silicon搭載MacはIntel Macのグラフィックス性能に追いつくのに苦労することはないだろうと示唆しています。
同様に、Appleの最新SoCを搭載したiOSデバイスは、Intel Macでは驚くほど遅い暗号化と復号化のタスクを高速に処理できます。Appleは特に、最新のチップを搭載したMacでは、iPadとのSidecar接続が現状よりも高品質になると強調しました。
これらの例は、ARMがAppleにライセンス供与した一般的な機能ではなく、Appleが独自に開発したカスタムシリコンです。Qualcommなどの他のSoCベンダーもこれらの機能の一部を独自に実装していますが、ARMライセンス供与された汎用設計の単なるコンポーネントではありません。
Intel独自のx86 Coreプロセッサにも、これらの機能の一部、例えばIntel独自の統合GPUやメディア処理ロジックなどが独自に搭載されています。AppleがIntelのCoreパッケージから独自のSoC設計への移行を望んでいることは、Appleが自社製チップの方が優れていると考えていることを示しています。
さらに、Metalグラフィックスなど、iOS向けに既に開発されている多くのカスタムソフトウェア最適化は、Apple独自の高度なシリコンへのアクセスをMacと共有することで、直接Macに移植できるようになりました。現在、AppleはiOS用とMacで使用されるGPU用の2つのバージョンのMetalを開発する必要がありました。
つまり、Appleは単に恣意的に「x86からARMへ」移行しているのではなく、カスタムシリコンを活用してMacのパフォーマンス、機能、そして高度な統合を強化しているのです。「ARMへ」の移行は、Appleが独自のカスタムシリコンを使いたいという思いの副作用と言えるでしょう。これまでAppleは、Touch IDやTouch Barといったカスタム機能を扱うために、T2のようなヘルパーチップをIntel Macに追加することしか考えていません。
XcodeはApple Silicon上で動作する準備が整っており、おそらくすでに準備が整っているだろう。
したがって、Apple が「ARM に移行している」と言うのは単純に不正確で誤解を招くものです。なぜなら、Mac を独自の SoC に移行することで Apple が行っている実際の移行には、独自の Apple Silicon を業界のリーダーにするためにこれまで行ってきた作業を活用することが含まれるからです。
Appleの動機はMicrosoftのARMへの移行とは異なる
さらに、macOS は一般的な意味で ARM に移行しているわけではなく、Raspberry Pi や、「ARM 上の Windows 10」を実行するように設計された Qualcomm 8cx の「常時オン」PC では実行されない予定です。
Microsoftは、Windows RT、そして最近ではWindows 10 on ARMと、ARM版Windowsの提供を複数回試みてきました。Appleが自社の取り組みをこれらの取り組みと関連付ける理由はなく、その理由の一つはAppleの動機が全く異なるためです。
MicrosoftがWindowsにARMサポートを追加したのは、主にARMモバイルチップの低消費電力性と、QualcommのSnapdragonプロセッサに統合されたモバイルデータモデムの恩恵を受けるためと思われます。MicrosoftはIntelから離れようとしているのではなく、ARMハードウェアのサポートを追加しようとしている点に留意してください。
そのため、Apple が既存のコードをより多く再利用し、新しい Mac で iOS アプリをネイティブに実行できるようにする独自の Apple Silicon への統合とは異なり、Microsoft は開発努力を統合するのではなく増やすというまったく異なる目標を追求している。
規模の経済性を高めるために優れたパートナーを活用する
Appleが2006年にIntel Macに移行したのは、WindowsとIntelに有利だったPC業界の規模の経済性を活用しようとする試みであり、はるかに小規模なエコシステムによる新しいPowerPCチップの開発には踏み切らなかった。PC関連の経済活動のほぼすべてが、Intelチップへのイノベーションと投資を促進していた。しかし、その後PC販売は頭打ちとなり、x86プロセッサへの急速な投資と進歩を促すような成長は見込めない。その一因は、スマートフォンやタブレットのモバイル化であり、その価値シフトの多くはAppleによって推進されている。
同時に、AppleはiOSとiPadユーザーを基盤とした大規模なモバイルプラットフォームを構築し、規模の経済性によってApple独自のカスタムSoCを有利に導いた。モバイルからの収益は、カスタムチップの高度な進歩を支えるだけでなく、Appleのオペレーティングシステム、開発ツール、自社製アプリ、そしてサードパーティ製のApp Storeエコシステムの急速な発展にも貢献した。
さらに、Apple SiliconがIntelよりも優れているもう一つの重要な進歩があります。それは、TSMCにおける高度なチップ製造技術です。Intelがプロセッサ設計とチップ製造プロセスの大幅な改善に苦戦する一方で、Appleのチップ製造パートナーであるTSMCは、チップ製造における高度で大きな進歩を着実に実現してきました。
その結果、AppleのSoC設計は生産効率の向上により、小型化、高速化、効率化、そして低コスト化を実現しています。これもまた、ARM自体とは直接関係のない側面でApple Siliconの強化につながっています。
TSMCのチップ生産は非常に高度である。これは一部はTSMC自身の仕事によるものであり、一部は高度なシリコンの開発で同社を支援するアメリカのパートナーによるものである。そのため米国は、アメリカのチップ設計ツールベンダーへの依存を利用して、TSMCがHuawei向けのチップを製造するのを阻止してきた。その論理とは、Huaweiが実際に中国からどの程度独立しているかについての透明性が低すぎるにもかかわらず、TSMCは中国政府から過剰な支援を受けているというものである。
この方針のメリットはさておき、TSMCはHuaweiとの取引を失ったことで顧客基盤の拡大を急務とせざるを得なくなりました。これはAppleにとって幸運な展開であり、カスタムシリコンの受注規模や種類が拡大する中で、より柔軟に対応できるようになるでしょう。
WWDC 2020でApple Siliconウェハを手にするティム・クック
同時に、ARM自身も同様の問題に直面しています。なぜなら、ARMは現在、中国資本によって過半数の株式が所有されているからです(注:ARM Ltdはソフトバンクが大部分を所有しており、中国市場にサービスを提供するARM China合弁会社のみが中国資本によって過半数の株式を所有しています)。そのため、AppleはARMの知的財産の代替手段をさらに検討する必要があります。Appleは、Imagination Technologiesで示したように、ARMリファレンスデザインから距離を置く独立性を追求する可能性があります(注:Imaginationは現在、中国投資家によって過半数の株式が所有されています)。Appleは最終的に、Imaginationへのライセンス依存度を低減したカスタムGPUを開発しました。もしARMに関しても同様のことを行えば、将来のApple Siliconにカスタム「Apple CPU」が登場することになるかもしれません。
これらすべてが、Apple がインテルからの移行を、リスクを回避するために ARM と提携するという Microsoft のような動きではなく、自社の技術への移行として位置付けている理由に寄与している。